پژوهشگران در مطالعه‌ای پیشگامانه که نتایج آن در پاییز ۱۴۰۳ در ژورنال PNAS منتشر شد، با استفاده از دوربین‌های پرسرعت و تحلیل‌های فریم‌به‌فریم، مکانیسم دقیق عملکرد نیش زنبور عسل (Apis mellifera) را پس از جدا شدن از بدن حشره کالبدشکافی کردند. این تحقیق نشان می‌دهد که نیش زنبور عسل نه یک عضو غیرفعال، بلکه یک سیستم مکانیکی خودمختار و پیچیده است که با استفاده از پیستون‌های دوقلو، تزریق سم را حتی پس از مرگ زنبور ادامه می‌دهد.
مکانیسم خودکار (Autotomy) و پیستون‌های دوقلو
یکی از یافته‌های کلیدی این پژوهش، درک نحوه عملکرد نیش زنبور عسل پس از جدا شدن از بدن است. زنبورهای عسل با استفاده از استراتژی «اتوتومی»، نیش خود را در پوست قربانی باقی می‌گذارند. این نیش دارای دو لانست (تیغه) نوک‌تیز است که مانند یک اره رفت و برگشتی عمل می‌کنند تا در عمق بافت نفوذ کنند. محققان با استفاده از ژل شفاف برای شبیه‌سازی پوست انسان، مشاهده کردند که داخل محفظه نیش، دو پیستون تغییرشکل‌پذیر با حرکتی هماهنگ و متناوب عمل می‌کنند. در حالی که یک پیستون منبسط می‌شود، دیگری منقبض می‌گردد؛ این فرآیند فشار لازم برای جریان مداوم سم را فراهم کرده و از هدر رفتن آن در زمان پر شدن مجدد لانست‌ها جلوگیری می‌کند.
الهام‌بخشی به فناوری‌های میکرو-پمپ
دکتر فیورلا رامیرز-اسکیول، سرپرست تیم تحقیق از دانشگاه مک‌کواری، معتقد است که ساختار منحصربه‌فرد نیش زنبور عسل می‌تواند الگوی ساختاری فوق‌العاده‌ای برای مهندسان پزشکی باشد. سیستم پمپاژ سیال در نیش زنبور که متکی بر تغییر شکل دو پیستون در یک محفظه واحد است، در دستگاه‌های ساخت بشر کمتر دیده شده است. این معماری می‌تواند در طراحی دستگاه‌های پزشکی دقیق، میکرو-پمپ‌های دارورسانی یا هر سیستمی که به جریان پیوسته و پایدار مایعات در ابعاد میکروسکوپی نیاز دارد، به کار گرفته شود.
مشخصات و ابعاد فنی مطالعه
- موضوع مطالعه: مکانیسم عملکرد هیدرولیک نیش زنبور عسل (Apis mellifera)
- روش تصویربرداری: دوربین‌های پرسرعت با نور عبوری شدید برای مشاهده ساختار داخلی نیمه‌شفاف
- شبیه‌ساز محیط: ژل شفاف با چگالی مشابه بافت نرم پوست انسان
- مکانیزم پمپاژ: پیستون‌های دوقلو با عملکرد مستقل (Alternating pistons)
- نتیجه کلیدی: ایجاد مدل مکانیکی اولیه (Mechanized version) جهت تایید الگوی حرکت
آینده‌نگری در بیومیمتیک و مهندسی مواد
علاوه بر مکانیسم پمپاژ، محققان بر روی «کوتیکول» یا لایه خارجی اسکلت زنبور عسل تمرکز کرده‌اند. انعطاف‌پذیری و قابلیت انطباق کوتیکول‌ها بسته به شرایط محیطی، دانشی است که می‌تواند در تولید پلیمرها و مواد مهندسی‌شده جدید مورد استفاده قرار گیرد. با پیشرفت تکنولوژی تولید و چاپگرهای سه‌بعدی، شبیه‌سازی این خواص مکانیکی در تجهیزات رباتیک و پروتزهای پزشکی می‌تواند تحولی در حوزه «بیومیمتیک» (طراحی با الهام از طبیعت) ایجاد کند.
